架空线路故障定位监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了架空线路故障定位监测系统及方法，系统包括故障指示器、集中器子站和主站，故障指示器包括MCU、电流互感器、电容分压器、信号检测电路、ESAM安全芯片和微功率无线子节点；集中器子站包括通信终端、微功率无线中心节点、GPRS远程通信模块；主站包括GIS系统、MIS系统和监控端。方法包括以下步骤：采集并计算出电流和电压信号；判断短路故障通过七次谐波加首半波判断接地故障；标记故障地点并通知巡检人员。本发明专利技术不仅判断准确，而且抗干扰能力强，安全性高，可以有效辅助电网维护工作，提升电网自动化水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网自动化技术，特别是一种。
技术介绍
配网自动化大大提高了供电可靠性和供电质量，缩短事故处理时间，减少停电范围，但目前配电终端(FTU/DTU/TTU) —般部署在开关或变压器位置，对长距离的架空配电线路得中间段缺少管控，在配电线路传输距离远、线路分支多、运行情况复杂，环境和气候条件比较恶劣时，外破、设备故障和雷电等自然灾害导致的线路短路、接地故障时常发生，而且故障时，故障区段(位置)难以确定，给检修工作带来较大的困难，尤其是偏远地区，查找起来更是费时费力。目前，虽然也采用了一些方法来解决监控线路报警的问题，但是效果并不理想，存在很多问题，具体情况如下: 1、大多数电网都利用故障指示牌对架空线路故障进行报警，但是架空型线路故障指示器都是单独判断、单独显示报警，无法实现线路的实时监控，线路出现问题后必须配合人工巡线才能确定故障位置，巡线工作量非常大，而且故障排查困难和定位不迅速。2、已有方案往往不具备安全通讯的特质，一般为非组网方式或通过GPRS公网组网。非组网方式由于其部署灵活、安装简单，目前使用最为广泛，但由于其无法实现集中管理，需要人工配合及无法实现实时监测目前正逐步退出使用；目前作为非组网方式的替代，通过GPRS公网组网的系统正逐步实施，但鉴于GPRS公网环境比较复杂、安全性较差，使得该种组网方式存在网络层安全隐患及应用层安全隐患。3、已有的故障判别方法，包括零序功率法、首半波法、小波变换法、行波法、注入信号法等判别方法，普遍存在判断精度不高，容易产生误判和漏判的问题。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种，解决了现有架空线路故障判断设备和方法费时费力、准确度不高、通讯不安全等一系列问题。为解决上述技术问题，本专利技术方案包括:架空线路故障定位监测系统，其特征在于，包括故障指示器、集中器子站和主站，所述的故障指示器包括MCU、电流互感器、电容分压器、信号检测电路、ESAM安全芯片和微功率无线子节点，所述的电流互感器采集导线上的一次电流，并产生CT 二次信号；电容分压器采集线路电压信号；CT 二次信号和线路电压信号分别输送到信号检测电路，经过滤波、放大和采保处理后输入MCU ;MCU对信号进行A/D采样后，计算出负荷电流、短路电流、首半波尖峰电流和接地动作电流值、稳态零序电流、暂态零序电流；微功率无线子节点与MCU实现数据通信；所述的ESAM安全芯片连接MCU，对MCU发送的数据进行加/解密和身份认证； 所述的集中器子站包括通信终端、微功率无线中心节点、GPRS远程通信模块，微功率无线中心节点通过微功率无线信号与微功率无线子节点进行数据通讯，微功率无线中心节点与通信终端进行数据通信，通信终端通过104规约连接GPRS远程通信模块； 所述的主站包括GIS系统、MIS系统和监控端，所述的监控端通过GPRS网络与GPRS远程通信模块进行数据通信，监控端将接收到的数据解密后，将故障点在GIS系统中标识并通过短信、电话等形式通知巡检人员。进一步的，所述的监控端设有故障样本阀值库，可以记录并存储系统运行过程中发生过的各种故障样本，当再次发生类似故障时，可以有效缩短系统判断的时间。进一步的，电流互感器内设有取电线圈，可以为故障指示器提供电力供应。进一步的，所述的微功率无线中心节点和微功率无线子节点均采用433M无线射频通信模块，利用433M微功率无线信号实现数据通信。进一步的，还包括太阳能电池板，所述的太阳能电池板与通信终端连接。架空线路故障定位监测方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤: S1:采集并计算出电流和电压信号； 52:判断短路故障； 53:通过七次谐波加首半波判断接地故障； 54:标记故障地点并通知巡检人员。进一步的，判断短路故障的具体步骤为: 5201:对运行线路采集到的运行电流瞬时值进行比值微分计算，获得线路电流突变曲线； 5202:电流突变判断，当电流的变化率突变，即If/10>R时，依据该突变的电流变比率判断线路短路故障，其中，If、1分别是突变后和突变前的线路电流，R是预设的电流变比率，预设的电流变比率R随线路负荷电流的大小自动变化，负荷电流越小，R越大； 5203:启动电压突变复核，检测线路电压降低，当线路电压降低满足V〈Vh时判定线路短路故障，其中Vh是电压下降值的预设阈值。进一步的，步骤S203中，如果电压突变复核正常，在初次出现时将被标注预故障，当情况出现多次后，将作为该线路的单线特征记录在数据库中进行记录，作为非故障判定依据。进一步的，步骤S3的具体过程为:根据采集的线路接地电缆暂态半波，当判断出现接地故障时，通过七次谐波杠杆化传感器中的感应电流，进行当量计算，获取突变曲线，在曲线突破阀值时触发报警，然后通过传感器获取的首半波前后方向突变情况，判定发生接地故障的接地电缆位置。进一步的，判断接地故障的方法为:线路中的暂态零序电压与暂态零序电流首半波方向相反。本专利技术的有益效果是: 1、采用检测电流变比率法并结合线路跳闸停电来检测短路故障，变比率突变值按照故障指示器内置的曲线算法并根据负荷电流的大小自动动态整定，克服了“电流突变法”采用的电流突变值静态固定不变的缺陷。同时，结合电压突变复核机制，有效防止误报警，更加准确的判断短路故障。2、采用七次谐波加首半波法来检测接地故障，因为接地瞬间的突变量，不受线路存在的各高频干扰信号以及线路励磁涌流影响，易于可靠检测，因此采用这个方法克服了目前以暂态量大小为判据的接地故障检测方法的局限性，也克服了单纯使用首半波法的不准确性，抗干扰能力强，故障检测准确可靠。3、采用ESAM安全芯片，通过嵌入在故障指示器中的ESAM数据安全芯片，实现安全存储、数据加/解密、双向身份认证、线路加密传输等功能，解决了传输的安全性，有效的克服了 GPRS公网环境通信安全性无法保障的难题。4、通过主站的接入服务器(GIS、MIS服务器)、数据服务器等相互协作，发现架空线路故障自动报警，提示工作人员具体位置状况信息，以便马上排除故障及给出工作报告。系统能根据工作人员需要和现场运行经验进行灵活设置保障监控、报警的准确性，确保故障时动作迅速、非故障时误报率低，并具有短信告警功能。5、故障指示器内置电流互感器，接地故障判定无需加装信号发生器。而传统的有源方式需要在变电站部署信号源，不但需要挂网运行，同时也加大接地电流和跨步电压，更容易引起弧光、火灾，危及人身安全。【附图说明】图1是本专利技术系统的结构示意图； 图2是本专利技术方法流程图； 图3是短路故障的判断方法流程。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的具体实施进行说明，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示的架空线路故障定位监测系统，包括故障指示器、集中器子站和主站。所述的故障指示器包括MCU、电流互感器、电容分压器、信号检测电路、ESAM安全芯片和微功率无线子节点。架空型线路故障指示器利用了 CT(电流互感器)的原理来测量线路电流。当架空型线路故障指示器挂在导线上时，一次电流会流经架空型线路故障指示器的电流传感器，电流传感器产生CT 二次信号，这个信号经过信号检测电路滤波、放大和采保，然后由低功耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
架空线路故障定位监测系统，其特征在于，包括故障指示器、集中器子站和主站，所述的故障指示器包括MCU、电流互感器、电容分压器、信号检测电路、ESAM安全芯片和微功率无线子节点，所述的电流互感器采集导线上的一次电流，并产生CT二次信号；电容分压器采集线路电压信号；CT二次信号和线路电压信号分别输送到信号检测电路，经过滤波、放大和采保处理后输入MCU；MCU对信号进行A/D采样后，计算出负荷电流、短路电流、首半波尖峰电流和接地动作电流值、稳态零序电流、暂态零序电流；微功率无线子节点与MCU实现数据通信；所述的ESAM安全芯片连接MCU，对MCU发送的数据进行加/解密和身份认证；所述的集中器子站包括通信终端、微功率无线中心节点、GPRS远程通信模块，微功率无线中心节点通过微功率无线信号与微功率无线子节点进行数据通讯，微功率无线中心节点与通信终端进行数据通信，通信终端通过104规约连接GPRS远程通信模块；所述的主站包括GIS系统、MIS系统和监控端，所述的监控端通过GPRS网络与GPRS远程通信模块进行数据通信，监控端将接收到的数据解密后，将故障点在GIS系统中标识并通过短信、电话等形式通知巡检人员。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，李茂林，李超，战晓蕾，高峰，
申请(专利权)人：国网山东济南市历城区供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37